異步/多線程/任務/并行編程之一:如何選擇合適的多線程模型?
異步、多線程、任務、并行編程之一:選擇合適的多線程模型
本篇概述:
@FCL4.0中已經存在的線程模型,以及它們之間異同點;
@多線程編程模型的選擇。
1:異步、多線程、任務、并行的本質
這四個概念對應在CLR中的本質,本質都是多線程。
異步,簡單的講就是BeginInvoke、EndInvoke模式,它在CLR內部線程池進行管理;
多線程,體現在C#中,可以由類型Thread發(fā)起。也可以由ThreadPool發(fā)起。前者不受CLR線程池管理,后者則是。FCL團隊為了各種編程模型的方便,還另外提供了BackgroundWorker和若干個Timer,基本上它們都是ThreadPool的加強,增加了一些和調用者線程的交互功能;
任務(Task),為FCL4.0新增的功能,在一個稱之為任務并行庫(TPL)的地方,其實也就是System.Threading.Tasks命名空間下。任務并行庫名字取的很玄乎,其實它也是CLR線程池的加強。優(yōu)化了線程間的調度算法,增加了和調用者線程的交互功能;
并行(Parallel),為FCL4.0新增的功能,也屬于TPL。并行在后臺使用Task進行管理,說白了,因為Task使用的線程池線程,所以Parallel自然使用的也是線程池線程進行管理,它的本質僅僅是進一步簡化了Task。在這里要增進一個對于并行的理解。實際上,多線程天然就是并行的。及時不用任務并行庫,用Thread類型新起兩個線程,CLR或者說Windows系統(tǒng)也會將這兩個線程根據需要安排到兩個CPU上去執(zhí)行。所以,并不是因為多了任務并行庫,CLR才支持并行計算,任務并行庫只是提供了一組API,使我們能夠更好的操縱線程進行并行開發(fā)而已。
2:遺憾
Jeffrey Richter大叔說,微軟提供了這么多線程模型,是遺憾的,因為這制造了混亂。很多開發(fā)者都不知道該選用哪個類型來編寫自己的多線程代碼。我們對微軟總是又愛又恨,它總是不停的更新一些東西,逼迫我們不停的學習。但是也好,進步導致它不會過早死掉,讓我們徹底失掉飯碗。
C#剛出來的被人笑,現在它的很多語法特性已經比Java優(yōu)美。很多時候我們太擅長于嘲笑,以致最后只能哭。順便說一句,我依然是那么的喜歡JAVA,只是很久沒用它而已。
3:現在,該用什么來編寫多線程
如果你在FRAMEWORK4.0下編寫代碼,那么應該按照這個優(yōu)先級來撰寫多線程代碼:
優(yōu)先 |
次優(yōu)先 |
不得以 |
Parallel(含擴展庫PLinq) Task |
ThreadPool(BackgroundWorker,Timer) 異步 |
Thread |
這個表滿足了大部分情況下的一個優(yōu)先級指導,但在某些情況下會有例外。
3.1:為什么 Parallel和Task優(yōu)先級一樣,而不是優(yōu)于Task?
Parallel雖然在后臺使用Task進行管理,并且它所謂簡化了對于Task的操作,但是它有一個重要的特征區(qū)別與Task:Parallel會阻滯調用者線程。查看Paralle的成員,有For、ForEach、Invoke方法,它甚至都沒提供一個BeginInvoke方法,也很好的暗示了這一點。不過雖然是同步的執(zhí)行的,Parallel還是會把多個任務分配到多個CPU上去。
Task被用的最多的是Start方法,它不會阻滯主線程。雖然Task也提供了同步的啟動線程的方法RunSynchronously,但一般用的不多。
3.2:何時用異步,何時用線程或線程池
這需要從“IO操作的DMA(Direct Memory Access)模式”講起。通過DMA的數據交換幾乎可以不損耗CPU的資源。在硬件部分,硬盤、網卡、聲卡、顯卡等都有DMA功能??梢院唵蔚恼J為,當我們的工作線程需要操作I/O資源的時候(如讀取一個大文件、讀取一個網頁、讀取Socke包等),我們就需要用異步去做這些事情。異步模式只會在工作開始以及工作結束的時候占用CLR線程池,其它時候由硬盤、網卡等硬件設備來處理具體的工作,這就不會過多占用到CPU空間和時間損耗。
概括而言:
計算密集型工作,直接采用線程;
IO密集型工作,采用異步機制;
當我們不清楚什么工作是I/O密集型的,一個不是很恰當的指導就是:查看FCL類型成員,如果成員提供了類似BeginDosomething方法的,則優(yōu)先使用它,而不是新起一個線程或丟到線程池。
3.3:線程池的優(yōu)勢
新起線程,會帶來很大的開銷,這些開銷主要集中在:分配線程內核對象、線程環(huán)境塊、用戶模式棧、內核模式棧所需要的內存空間,加載的DLL的DLLMain方法,并傳遞連接標志,以及線程上下文切換。由于線程如此昂貴,所以對于普通的開發(fā)要求來說,線程池就是一個很好的選擇。線程池替開發(fā)人員管理工作線程,當一項工作完畢的時候,CLR不會銷毀這個線程,而是會保留這個線程一段時間,看是否有別的工作需要這個線程。至于何時銷毀或新起線程,由CLR決定。
3.4:何時用Thread
以上的各種線程模型,它們最終都是Thread。 那么什么時候需要Thread直接出場呢?
最重要的使用Thread的理由是,我們需要控制線程的優(yōu)先級。Thread之上的線程模型都不支持優(yōu)先級設置。設置一個線程的高優(yōu)先級可以使它獲得更多的CPU時間;
再者,可以控制線程為前臺線程。當然,由Thread新起的線程默認就是前臺線程。前臺線程不隨著調用者線程的中斷而中斷,這使得我們可以用Thread來進行一些關鍵性的操作。
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